Diseño de un sistema de control para reguladores de velocidad de motores D.C. de gran potencia

Abstract

Con el trabajo presente solo pretendo transmitir mis experiencias en el complejo industrial de la Empresa Siderúrgica del Perú SIDERPERU, así también espero que lo poco que pueda brindar con el desarrollo de este sirva para aliviar en algo a las inquietudes del lector interesado. Nuestra actividad está enmarcada en el Área de Mantenimiento Industrial, siendo la función del ingeniero electrónico la de mantener los sistemas de regulación y control en condiciones normales de trabajo; por tanto, su responsabilidad se traduce en el- cuidado de los accionamientos eléctricos y de instrumentación. Para poder hacer frente a esta tarea el área en mención se divide en dos especialidades, siendo estas las siguientes: 1.- Control de Procesos 2.- Talleres La especialidad de control de procesos requiere del análisis de un problema tomado como SISTEMA, asimismo estar ligado directamente con el proceso de fabricación y estar alerta de los problemas que se presentan. Cuando suceda una parada imprevista de producción, la solución, se debe dar en el menor tiempo, cual quiera haya sido la causa; de ser por anomalía en el sistema de regulación, se interviene en estos con la ayuda de los instrumentos adecuados, planos, referencias, etc. Una vez superado el problema, los elementos o módulos defectuosos son enviados para los talleres. Algunos de los sistemas de regulación actuales están ya obsoletos debido principalmente al avance tecnológico acelerado. Equipos que hace una década fueron de óptima fabricación ahora son obsoletos y no se fabrican; planteándose la necesidad de hacer frente a esta realidad por parte de los ingenieros y técnicos, quienes se ven en la imperiosa obligación de solucionar dichos problemas, ayudándose para tal fin de la TEORIA y de la EXPERIENCIA. Caso de los rectificadores a vapor de mercurio tipo LG-41 que sirven como módulo de potencia para alimentar a los motores que accionan a las cizallas que cortan el fierro de construcción como producto terminado en el proceso de fabricación de la planta de laminación de NO PLANOS, estos rectificadores que no son de fabricación actual, presentan deficiencias continuas de conducción, pues tienen 11 años de trabajo ininterrumpido; obviamente exigen su cambio. El grupo TIRISTOR-MOTOR es el sustituto elegido por ser actualmente el más factible, presentando entre otras las siguientes ventajas: 1) Pérdidas bajas sin carga 2) Alta velocidad de respuesta 3) Sin piezas movibles, favorece su mantenimiento La respuesta extremadamente rápida de la fuente de potencia a tiristores le da al diseñador de sistemas una libertad considerable en la elección de componentes para el circuito regulador, la misma que se aprovecha para el diseño del Sistema de regulación y control automático del presente trabajo que a continuación se detalla: El cálculo hecho con la ayuda de manuales, revistas, libros académicos, gráficas y experiencia, se resume en el diagrama general que se adjunta. En los capítulos del I al VI hago los cálculos y desarrollo las ecuaciones correspondientes a cada bloque constitutivo del accionamiento eléctrico; siendo el desarrollo en este orden: Capítulo I: El motor d.c. y el accionamiento eléctrico, donde describe conocimientos generales necesarios, así como logro, además, la función de transferencia para el motor d.c. Capítulo, II: El convertidor ac/dc a tiristores, enfoca de manera general la constitución de la fuente de alimentación, sus valores picos de rectificación de la tensión de la red trifásica, así como se alcanza a obtener su función de transferencia a partir de la frecuencia de alimentación. Capitulo III: Se habla sobre los elementos auxiliares del sistema de regulación, presentándose el circuito utilizado como limitador de corriente, así como se describe y analiza su función de transferencia para los usuarios tipos de elementos transductores. Capitulas IV, V y VI: Se analiza y calcula algebraicamente la red de estabilización (PID), para los reguladores de rate de corriente, de corriente y velocidad respectivamente, llegando a su función de transferencia en función de la frecuencia de corte característico. Capítulo, VII: Es una aplicación práctica de los capitulas anteriores, se escoge un motor de 129 k.w. con excitación independiente constante; el cual es gobernado con una excitatriz o base de rectificadores de tipo LG-41 (que actualmente no se fabrican), cuyo cambio ha sido definido. Hago los cálculos respectivos para cada parámetro del sistema llegando a trazar su Bode como una necesidad de fundamentación de la estabilidad de este. Los potenciómetros incluidos en el esquema general se hacen necesarios por necesidades de montaje y puesta en marcha, así como para sincronizar el accionamiento con otras señales ya sean lógica o analógicas; se conserva los valores calculados como referencia límite. Se incluye descripción suplementaria en los anexos donde se enfoca los detalles de montajes en placas o tarjetas impresas, así como los armarios donde son fijados, alimentación de los circuitos, los amplificadores operacionales. Descripción del esquema general presentado. Se tiene un lazo de anillo de regulación de velocidad, internamente a este un anillo de regulación de corriente. El amplificador operacional (ADC) del anillo de corriente, de la señal Vu de control para el módulo desfasador del convertidor ac/dc. El amplificador operacional (ADV), del anillo de velocidad produce la referencia Vi del anillo interno de corriente. El circuito limite que es armado a la salida del (AOV), tiene la función de limitar la referencia de corrientes según los valores máximos impuestos ya sean positivos o negativos por ser un sistema de comportamiento reversible. Un tercer anillo de regulación, que controla la rapidez de variación de la corriente por unidad de tiempos, existe;.como anillo interno de corriente y se le denomina "RATE DE CORRIENTE. Los relds RXl, SWV, RUN y el contactor SW predisponen el sistema regulador para su marcha automática. Con el presente trabajo espero haber contribuido a la divulgación y desarrollo de las aplicaciones del control automático en procesos industriales. Finalmente quiero expresar mi sincero agradecimiento al profesor Ing° Carlos Rider Belleza por su aliento e interés en la preparación y desarrollo del manuscrito.